一种带直流分量消除的交流放大电路的频率特性分析仪的制作方法

1.本发明涉及频率特性分析仪领域，具体的说是一种带直流分量消除的交流放大电路的频率特性分析仪。


背景技术：

2.频率特性测试仪是显示被测电路幅频特性和相频特性曲线的测量仪器。是一种快速、简便、实时、动态、多参数、直观的测量仪器，可广泛应用于电子工程等领域。频率特性测试是采用一定方法使正弦信号的输出频率能随时间在一定范围内扫描，在电路频率特性测量中, 直流分量会造成电流的严重不对称,直流分量电压将会造成很大的直流环流,严重影响系统的均流性能,降低系统的可靠性。
3.近年来在电源数控技术的快速发展下,出现了数字调节方法,可以通过对输出直流分量的采样,经a/d转换成数字信号,送入控制芯片进行处理,从而调整检测信号,达到消除输出直流分量的作用。利用数控的方法,电路简单,便于控制,但是由于直流分量相对交流输出而言,幅值要小得多,很难保证精确采样,因此会大大影响直流分量的消除效果。


技术实现要素：

4.本发明针对已有的频率特性分析仪的不足，提供一种可精确控制消除正弦信号中的直流分量，并具有远程报警功能的带直流分量消除的交流放大电路的频率特性分析仪。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.提供一种带直流分量消除的交流放大电路的频率特性分析仪，包括扫描测试系统和直流分量消除放大系统，所述直流分量消除放大系统包括：主控模块、供电模块、电源转换模块、dds发生器模块、直流分量模块、通讯模块、报警电路和交互模块，所述供电模块包括供电接口电路和锂电池电路，所述电源转换模块与所述供电模块相连，所述dds发生器模块与所述主控模块相连，并为所述直流分量模块提供基准正弦信号，所述直流分量模块分别与所述主控模块和所述dds 发生器模块相连，所述通讯模块接所述主控模块通讯口，所述报警电路与所述通讯模块相连，所述交互模块与所述主控模块相连，所述交互模块包括显示电路和按键电路。
7.进一步的，所述主控模块包括芯片u9，所述芯片u9的15和18 管脚分别接所述接插件p5的4和1管脚，所述接插件p5的2管脚接 3.3v电压，3管脚接地，所述芯片u9的2和3管脚之间接晶振y2，所述晶振y2的2管脚接地，所述芯片u9的型号为stm32f103t8u6。
8.进一步的，所述供电模块包括接口j8、p6和芯片u11，所述接口j8的2和5管脚接5v电压，1和6管脚接地，所述芯片u11的8 和4管脚相连，所述芯片u11的4管脚的第一引线经二极管d9接5v 电压，第二引线经并联的电容c44和c45接地，所述芯片u11的7管脚经电阻r38和发光二极管d10接5v电压，6管脚经电阻r40和发光二极管d11接5v电压，所述芯片u11的5管脚的第一引线接所述接口p6的1管脚，第二引线经并联的电容c46和c47接地，所述接口p6的2管脚接地，1管脚接电源bat，所述芯片u11的1和3管脚接地，2管脚经电阻r39接地，所述
芯片u11的型号为tp4056x。
9.进一步的，所述电源转换模块包括芯片u8和u10，所述芯片u8 的4管脚的第一引线经保险丝f2和开关s9接所述电源bat，第二引线经并联的电容c18和c19接地，所述芯片u8的1管脚的第一引线经电感l2接所述芯片u8的4管脚，第二引线接二极管d2的阳极，第三引线接电容c30的第一端，所述二极管d2的阴极的第一引线经电阻r31和r30接地，第二引线接 13v电压，第三引线经并联的电容c20和c21接地，所述电容c30的第二端的第一引线接二极管d3 的阴极，第二引线经二极管d4接地，所述二极管d3的阳极的第一引线接
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13v电压，第二引线经电容c31接地，所述芯片u8的2管脚接地，3管脚经所述电阻r30接地，所述芯片u10的3管脚的第一引线经二极管d8、d7、d6接 13v电压，第二引线经并联的电容c34和c35 接地，所述芯片u10的2管脚的第一引线接3.3v电压，第二引线经并联的电容c36和c37接地，所述芯片u10的1管脚接地，所述芯片 u10的型号为ams1117
‑
3v3，所述芯片u8的型号为mt3608。
10.进一步的，所述dds发生器模块包括芯片u4，所述芯片u4的9 管脚接晶振y1，所述晶振y1的2管脚接地，4管脚接3.3v电压，所述芯片u4的6、23、11、18管脚接3.3v电压，14、5、10、19、24 管脚接地，22管脚经电阻r7接地，12管脚经电阻r17接地，所述芯片u4的7、8、4、3、2、1、28、27、26和25管脚分别接所述芯片 u9的7、8、9、15、17、30、31、32、33和34管脚，所述芯片u4 的20管脚的第一引线经电阻r12接地，第二引线经电阻r13接电容 c5的第一端，所述电容c5的第二端接地，所述芯片u4的21管脚的第一引线经电阻r20接地，第二引线接电阻r19的第一端，所述电阻 r19的第二端的第一引线接所述电容c5的第一端，第二引线接所述芯片u4的15管脚，所述芯片u4的16管脚接所述芯片u4的21管脚，所述芯片u4的型号为ad9850brs。
11.进一步的，所述直流分量电路包括芯片u1、u2、u15和u7，所述芯片u1的2管脚接电阻r8的第一端，所述电阻r8的第二端的第一引线接接口j1的1管脚，第二引线接所述芯片u2的3管脚，所述芯片u1的3管脚的第一引线接电阻r3的第一端，第二引线经并联的电阻r6和电容c2接所述电阻r8的第二端，所述电阻r3的第二端的第一引线接电阻r2的第一端，第二引线经电容c1接所述电阻r8的第二端，所述电阻r2的第二端接所述接口j1的2管脚，所述芯片 u1的6管脚的第一引线经电容c3和电阻r10接所述芯片u1的2管脚，第二引线接电阻r4的第一端，所述电阻r4的第二端的第一引线接所述芯片u2的2管脚，第二引线接光耦u3的2管脚，所述芯片 u2的6管脚经电阻r5接所述光耦u3的1管脚，所述光耦u3的2管脚接光耦u5的1管脚，3管脚经电阻r1接 13v电压，所述光耦u5 的2管脚经电阻r14接地，4管脚接
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13v电压，所述光耦u5的3管脚的第一引线接所述光耦u3的4管脚，第二引线接所述芯片u15的 3管脚，所述芯片u15的2管脚的第一引线经电阻r75接地，第二引线经电阻r70接所述芯片u15的6管脚，所述芯片u15的3管脚的第一引线经电阻r83接 13v电压，第二引线经电阻r9接地，所述芯片 u15的6管脚经电阻r80接所述芯片u9的13管脚，所述芯片u7的3 管脚的第一引线经电容c60接地，第二引线接电阻r26的第一端，所述电阻r26的第二端的第一引线接电阻r25的第一端，第二引线经电容c17接所述芯片u7的6管脚，所述电阻r25的第二端的第一引线经电容c13接所述芯片u4的21管脚，第二引线经电阻r27接所述光耦u3的4管脚，所述芯片u7的2管脚的第一引线经电阻r21接地，第二引线经电阻r16接所述芯片u7的6管脚，所述芯片u7的6管脚接接口j2的1管脚，所述接口j2的2管脚接地，所述光耦u3和u5 的型号为tlp521，所述
芯片u1、u2和u15的型号为op07，所述芯片 u7的型号为opa690。
12.进一步的，所述通讯模块包括芯片u6，所述芯片u6的1和2管脚分别接所述芯片u9的21和22管脚，所述芯片u6的39管脚接三极管q1的1管脚，所述三极管q1的3管脚接地，所述三极管q1的 2管脚的第一引线经电阻r18接地，第二引线经电阻r15接所述芯片 u9的20管脚，所述芯片u6的41管脚经电阻r11和发光二极管d1 接地，所述芯片u6的34和35管脚接电感l1的第一端，所述电感l1的第二端的第一引线经二极管d15和d16接5v电压，第二引线经并联的电容c4、c6、c7和c8接地，所述芯片u6的32管脚的第一引线经电阻r22接天线p1的1管脚，第二引线经电容c12接地，所述天线p1的1管脚经电容c11接地，2管脚接地，所述芯片u6的28 管脚经电容c15接地，24、25和26管脚分别接接口p2的1、3和2 管脚，所述接口p2的4管脚接地，所述芯片u6的23和22管脚分别经电阻r28和r29接接口p1的1和2管脚，所述芯片u6的18管脚接接口j3的1管脚，所述芯片u6的15、16和17管脚分别经电阻 r35、r34和r33接所述接口j3的6、3和4管脚，所述芯片u6的型号为sim800c。
13.进一步的，所述报警电路包括扬声器ls1，所述扬声器ls1的1 和2管脚分别接所述芯片u6的11和12管脚。
14.进一步的，所述显示电路包括显示屏oled1，所述显示屏oled1 的1和7管脚接地，2管脚接3.3v电压，3、4、5和6管脚分别接所述芯片u9的12、14、24和23管脚。
15.进一步的，所述按键电路包括按键s2、s3、s4、s5和s6，所述按键s2的第一端经电容c50接电阻r43的第一端，所述按键s2的第二端经电阻r44接所述电阻r43的第一端，所述电阻r43的第一端接所述芯片u9的11管脚，第二端接3.3v电压，所述按键s3的第一端接所述按键s2的第一端，第二端经电阻r45接所述按键s2的第二端，所述按键s4的第一端接所述按键s3的第一端，第二端经电阻r46接所述按键s3的第二端，所述按键s5的第一端接所述按键s4的第一端，第二端经电阻r47接所述按键s4的第二端，所述按键s6的第一端的第一引线接所述按键s5的第一端，第二引线接地，第二端经电阻r48接所述按键s5的第二端。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
17.本发明可精确控制消除频率特性分析仪检测的正弦信号中的直流分量，dds发生器产生的基准正弦波的幅值和频率都可以通过按键来控制的，通过调节基准正弦波的直流分量能够影响输入得频率信号的直流成份,从而实现输出电压直流分量的消除，可通过oled屏非常直观的显示直流分量的多少，当直流分量超过一定值时，实时的通过 gprs模块上报故障状态，并通过报警电路发出报警。
附图说明
18.图1为本发明主控模块的原理结构示意图；
19.图2为本发明供电模块的原理结构示意图；
20.图3为本发明电源转换模块的原理结构示意图；
21.图4为本发明dds发生器模块的原理结构示意图；
22.图5为本发明直流分量模块的原理结构示意图；
23.图6为本发明通讯模块的原理结构示意图；
24.图7为本发明报警电路的原理结构示意图；
25.图8为本发明显示电路的原理结构示意图；
26.图9为本发明按键电路的原理结构示意图；
27.图10为本发明二阶滤波电路的幅频特性示意图。
具体实施方式
28.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
29.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。
30.下面结合附图对本发明作以下详细地说明。
31.实施例1，如图1
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9所示，提供一种带直流分量消除的交流放大电路的频率特性分析仪，包括扫描测试系统和直流分量消除放大系统，其特征在于，所述直流分量消除放大系统包括：主控模块、供电模块、电源转换模块、dds发生器模块、直流分量模块、通讯模块、报警电路和交互模块，所述供电模块包括供电接口电路和锂电池电路，所述电源转换模块与所述供电模块相连，所述dds发生器模块与所述主控模块相连，并为所述直流分量模块提供基准正弦信号，所述直流分量模块分别与所述主控模块和所述dds发生器模块相连，所述通讯模块接所述主控模块通讯口，所述报警电路与所述通讯模块相连，所述交互模块与所述主控模块相连，所述交互模块包括显示电路和按键电路。
32.实施例2，如图1所示，所述主控模块包括芯片u9，所述芯片 u9的15和18管脚分别接所述接插件p5的4和1管脚，所述接插件 p5的2管脚接3.3v电压，3管脚接地，所述芯片u9的2和3管脚之间接晶振y2，所述晶振y2的2管脚接地，所述芯片u9的型号为 stm32f103t8u6。
33.本实施例中，芯片stm32f103t8u6内置性能先进的本实施例中，芯片stm32f103t8u6内置性能先进的内核，基于适当的flash容量和经济实惠的成本而设计，可运行在高达72mhz的主频下，接插件p5为swd烧录接口，电容 c25
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c29为芯片u9供电的去耦电容。
34.实施例3，如图2所示，所述供电模块包括接口j8、p6和芯片 u11，所述接口j8的2和5管脚接5v电压，1和6管脚接地，所述芯片u11的8和4管脚相连，所述芯片u11的4管脚的第一引线经二极管d9接5v电压，第二引线经并联的电容c44和c45接地，所述芯片u11的7管脚经电阻r38和发光二极管d10接5v电压，6管脚经电阻r40和发光二极管d11接5v电压，所述芯片u11的5管脚的第一引线接所述接口p6的1管脚，第二引线经并联的电容c46和c47 接地，所述接口p6的2管脚接地，1管脚接电源bat，所述芯片u11 的1和3管脚接地，2管脚经电阻r39接地，所述芯片u11的型号为 tp4056x。
35.在本实施例中，接口j8为系统的供电口，采用typec的接口，接口p6外接3.7v可充电锂电池，芯片u11管理锂电池充电，其中，二极管d9是为了防止反接，电阻r39是调节输出电流的。
36.实施例4，如图3所示，所述电源转换模块包括芯片u8和u10，所述芯片u8的4管脚的第一引线经保险丝f2和开关s9接所述电源 bat，第二引线经并联的电容c18和c19接地，所
述芯片u8的1管脚的第一引线经电感l2接所述芯片u8的4管脚，第二引线接二极管 d2的阳极，第三引线接电容c30的第一端，所述二极管d2的阴极的第一引线经电阻r31和r30接地，第二引线接 13v电压，第三引线经并联的电容c20和c21接地，所述电容c30的第二端的第一引线接二极管d3的阴极，第二引线经二极管d4接地，所述二极管d3的阳极的第一引线接
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13v电压，第二引线经电容c31接地，所述芯片u8 的2管脚接地，3管脚经所述电阻r30接地，所述芯片u10的3管脚的第一引线经二极管d8、d7、d6接 13v电压，第二引线经并联的电容c34和c35接地，所述芯片u10的2管脚的第一引线接3.3v电压，第二引线经并联的电容c36和c37接地，所述芯片u10的1管脚接地，所述芯片u10的型号为ams1117
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3v3，所述芯片u8的型号为mt3608。
37.在本实施例中，输入电压经芯片u8升压为13v、
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13v，并通过电容c30、c31和二极管d3、d4组成的电荷泵输出，给直流分量模块中的运放双电源供电，芯片u10将13v电压降压为3.3v供后续芯片使用。
38.实施例5，如图4所示，所述dds发生器模块包括芯片u4，所述芯片u4的9管脚接晶振y1，所述晶振y1的2管脚接地，4管脚接 3.3v电压，所述芯片u4的6、23、11、18管脚接3.3v电压，14、5、 10、19、24管脚接地，22管脚经电阻r7接地，12管脚经电阻r17 接地，所述芯片u4的7、8、4、3、2、1、28、27、26和25管脚分别接所述芯片u9的7、8、9、15、17、30、31、32、33和34管脚，所述芯片u4的20管脚的第一引线经电阻r12接地，第二引线经电阻 r13接电容c5的第一端，所述电容c5的第二端接地，所述芯片u4 的21管脚的第一引线经电阻r20接地，第二引线接电阻r19的第一端，所述电阻r19的第二端的第一引线接所述电容c5的第一端，第二引线接所述芯片u4的15管脚，所述芯片u4的16管脚接所述芯片 u4的21管脚，所述芯片u4的型号为ad9850brs。
39.本实施例中，dds发生器模块主要是为直流分量模块提供基准正弦，芯片ad9850有32位相位累加器，而rom为14位，将32位累加器的输出截取高位的14位输入正弦(rom)查询表，从查询表输出给 d/a，d/a的输出是两个互补的模拟电流，在12脚处接一个电阻rset，使满量程输出为10～20ma电流，经过滤波器输出正弦波。
40.实施例6，如图8所示，所述直流分量电路包括芯片u1、u2、u15 和u7，所述芯片u1的2管脚接电阻r8的第一端，所述电阻r8的第二端的第一引线接接口j1的1管脚，第二引线接所述芯片u2的3管脚，所述芯片u1的3管脚的第一引线接电阻r3的第一端，第二引线经并联的电阻r6和电容c2接所述电阻r8的第二端，所述电阻r3的第二端的第一引线接电阻r2的第一端，第二引线经电容c1接所述电阻r8的第二端，所述电阻r2的第二端接所述接口j1的2管脚，所述芯片u1的6管脚的第一引线经电容c3和电阻r10接所述芯片u1 的2管脚，第二引线接电阻r4的第一端，所述电阻r4的第二端的第一引线接所述芯片u2的2管脚，第二引线接光耦u3的2管脚，所述芯片u2的6管脚经电阻r5接所述光耦u3的1管脚，所述光耦u3的 2管脚接光耦u5的1管脚，3管脚经电阻r1接 13v电压，所述光耦 u5的2管脚经电阻r14接地，4管脚接
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13v电压，所述光耦u5的3 管脚的第一引线接所述光耦u3的4管脚，第二引线接所述芯片u15 的3管脚，所述芯片u15的2管脚的第一引线经电阻r75接地，第二引线经电阻r70接所述芯片u15的6管脚，所述芯片u15的3管脚的第一引线经电阻r83接 13v电压，第二引线经电阻r9接地，所述芯片u15的6管脚经电阻r80接所述芯片u9的13管脚，所述芯片u7 的3管脚的第一引线经电容c60接地，第二引线接电阻r26的第一端，所述电阻r26的第二端的第一引线接
电阻r25的第一端，第二引线经电容c17接所述芯片u7的6管脚，所述电阻r25的第二端的第一引线经电容c13接所述芯片u4的21管脚，第二引线经电阻r27接所述光耦u3的4管脚，所述芯片u7的2管脚的第一引线经电阻r21接地，第二引线经电阻r16接所述芯片u7的6管脚，所述芯片u7的6管脚接接口j2的1管脚，所述接口j2的2管脚接地，所述光耦u3和u5 的型号为tlp521，所述芯片u1、u2和u15的型号为op07，所述芯片 u7的型号为opa690。
41.本实施例中，接口j1为频率特性分析仪的检测电压信号输入接口,ui 通过2级rc低通滤波器组成的2阶滤波电路,滤除交流成份，为了滤除交流电压成份，rc滤波器的极点设置远远低于输出电压的基波频率,其幅频特性请参考图10，从幅频特性可以看到，该2阶电路截止频率很小,带宽很窄,在50hz基波频率处,滤波电路有
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93db的衰减,对直流成分则基本没有衰减,因此该电路能够很好地提取直流信号。集成运算放大器u1、电阻r8和r10、电容c3组成比例积分电路,为了不对控制系统产生影响,因此积分常数需取值较大,比例常数则需考虑后级光耦的增益作综合考虑加以选取。如果频率特性分析仪的检测电压信号含有正的直流分量,则u1的输出为一个正的直流电压值；如果含有负的直流分量,则u1的输出为一个负的直流电压值。集成运算放大器u2与光耦组成一个隔离型的比例放大器,实现隔离。当直流分量为正时,u2驱动u3,在电阻r7上产生一个负电压；当直流分量为负时,u3驱动u5,在电阻r7上产生一个正电压。由此可见, 光耦的输出与直流分量成负比例关系,电阻r7上的电压可以直接叠加在基准正弦波信号上,从而消除直流分量。在r7上压降通过加法器的形式让输出负电压的变成正电压，然后经过芯片u15和电阻r75、 r70组成的同相比例放大器放大，并分压后给主控模块的adc采样，在oled屏上显示直流分量大小。整个采样调理电路简单、方便、可靠,既实现了直流分量的精确检测、pi调节，又实现了与控制电路的隔离。
42.sin是dds发生器的方波信号,电容c13起到隔直的作用。芯片 u7、电阻r25、r26、r16、r21和电容c60、c17组成1个二阶有源滤波器,dds产生的spwm方波信号被滤成光滑、高质量的基准正弦波, 作为频率信号的基准。电路产生的直流分量调制信号udc通过电阻 r27叠加到基准正弦波上,再经过闭环调节系统实现输出电压直流分量的消除。
43.实施例7，如图9所示，所述通讯模块包括芯片u6，所述芯片 u6的1和2管脚分别接所述芯片u9的21和22管脚，所述芯片u6 的39管脚接三极管q1的1管脚，所述三极管q1的3管脚接地，所述三极管q1的2管脚的第一引线经电阻r18接地，第二引线经电阻 r15接所述芯片u9的20管脚，所述芯片u6的41管脚经电阻r11和发光二极管d1接地，所述芯片u6的34和35管脚接电感l1的第一端，所述电感l1的第二端的第一引线经二极管d15和d16接5v电压，第二引线经并联的电容c4、c6、c7和c8接地，所述芯片u6的32管脚的第一引线经电阻r22接天线p1的1管脚，第二引线经电容c12 接地，所述天线p1的1管脚经电容c11接地，2管脚接地，所述芯片u6的28管脚经电容c15接地，24、25和26管脚分别接接口p2 的1、3和2管脚，所述接口p2的4管脚接地，所述芯片u6的23和 22管脚分别经电阻r28和r29接接口p1的1和2管脚，所述芯片u6 的18管脚接接口j3的1管脚，所述芯片u6的15、16和17管脚分别经电阻r35、r34和r33接所述接口j3的6、3和4管脚，所述芯片u6的型号为sim800c。
44.本实施例中，接口j3为sim卡接口，主控模块会将直流分量告警信号传送给通讯模块，由通讯模块发出远程报警信息，并驱动报警电路。
45.实施例8，如图7所示，所述报警电路包括扬声器ls1，所述扬声器ls1的1和2管脚分别接所述芯片u6的11和12管脚。
46.本实施例中，报警电路受通讯模块控制，可发出报警声。
47.实施例9，如图8所示，所述显示电路包括显示屏oled1，所述显示屏oled1的1和7管脚接地，2管脚接3.3v电压，3、4、5和6 管脚分别接所述芯片u9的12、14、24和23管脚。
48.本实施例中，显示电路可供用户查看直流分量大小。
49.实施例10，如图9所示，所述按键电路包括按键s2、s3、s4、 s5和s6，所述按键s2的第一端经电容c50接电阻r43的第一端，所述按键s2的第二端经电阻r44接所述电阻r43的第一端，所述电阻 r43的第一端接所述芯片u9的11管脚，第二端接3.3v电压，所述按键s3的第一端接所述按键s2的第一端，第二端经电阻r45接所述按键s2的第二端，所述按键s4的第一端接所述按键s3的第一端，第二端经电阻r46接所述按键s3的第二端，所述按键s5的第一端接所述按键s4的第一端，第二端经电阻r47接所述按键s4的第二端，所述按键s6的第一端的第一引线接所述按键s5的第一端，第二引线接地，第二端经电阻r48接所述按键s5的第二端。
50.本实施例中，通过按键可调节dds发生器模块发出的基准正弦波的幅值和频率。
51.本发明的工作原理：
52.主控模块控制dds发生器模块发出基准正弦波信号，提供给直流分量模块，同时频率特性分析仪的检测电压信号通过接口输入到直流分量模块，通过按键模块调节基准正弦波，直流分量模块能够影响输出电压的直流成份,从而实现对逆变器输出电压直流分量的消除，同时主控模块对直流分量进行采样并在oled屏上显示直流分量大小。
53.需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。